机电控制概述
机电控制系统
技术发展趋势
国外自上世纪60年代出现第一台工业过程控制系统以来已经过三代产 品的发展变化，随着计算机技术及产品的发展，工业控制系统亦相应地
不断发展。
➢半导体技术集成电路技术推动微处理器、微控制器的发展。 ➢分布式控制系统已推出第四代产品，如Honeywell 公司新推出的 Expersion PKS（过程知识系统），Emerson公司的A2，横河公司 的R3（PRM－工厂资源管理系统），ABB公司的Industrial IT系统。 ➢计算机技术、通信技术、控制技术的发展，使控制系统向全数 字化、全分散式、全开放可互操作和开放式互联网络的新一代现 场总线控制系统(FCS)发展。 ➢PLC技术20世纪80年代走向成熟。 ➢自动控制理论及技术的发展，先进控制、模糊控制、人工神经 网络、人工智能技术和专家系统已在工业自动化中实际应用。
❖ 富士通法纳克公司：“将 机械学和电子学有机结合 而提供的更为优越的技
术。”
工业机械手臂
机电控制技术在机械制造业中的应用，大致经历了参数数显、硬 件数控（NC控制）、计算机数控（CNC控制）、柔性生产系统 （FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、虚拟制造系统（VMS） 等过程，使加工制造技术与生产经营模式紧密结合，形成现代制 造技术和系统。
输入量
比较元件 串联补件
驱动元件
局部反馈
并联补偿元件
执行元件
被控对象 输出量
主反馈
测量元件
”代表比较元件，它将测量元件检测到的被控量与输入量进行比 较；“-”号表示两者符号相反，即负反馈；“+”号表示两者符号相 同，即正反馈。
二，机电控制系统的发展史
机电控制系统的发展按所用控制器件来划分，它主要经历了四个阶段：
机电控制及其自动化
机电控制及其自动化
机电控制及其自动化是指利用电气和机械控制技术实现对机械设备的控制和自
动化操作。
机电控制系统包括电气控制和机械传动两个部份，通过电气信号控制机械设备的运动和工作状态。
机电控制系统的基本组成部份包括传感器、执行器、控制器和电源。
传感器用
于检测机械设备的运动和工作状态，将其转换成电气信号；执行器根据控制信号驱动机械设备进行相应的运动和动作；控制器接收传感器信号，并根据预设的控制算法生成控制信号，控制机械设备的运动和工作状态；电源为机电控制系统提供电能。
机电控制系统的自动化是指通过自动控制技术实现机械设备的自动化操作。
自
动化可以提高生产效率、降低劳动强度、提高产品质量和稳定性。
常见的机电控制系统的自动化应用包括工业生产线、机器人、自动化仓储系统等。
机电控制及其自动化是现代工业生产的重要技术之一，广泛应用于各个领域，
如创造业、交通运输、能源、医疗、农业等。
随着科技的发展和智能化水平的提高，机电控制及其自动化将在未来发挥更加重要的作用。
机电控制工程基础课程辅导(第一次)
机电控制工程基础课程辅导(第一次)控制系统的基本概念一. 自动控制的基本概念自动控制是相对于人工控制而言的，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使生产过程或被控对象的某一物理量(输出量)准确地按照给定的规律(输入量)运行或变化。
自动控制系统指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。
它一般由控制装置和被控制对象组成。
被控制对象(简称被控对象)是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。
例如，飞机、锅炉、机床以及化工生产过程等。
二. 自动控制的实例恒温控制系统在这个控制系统中，恒温箱的温度是由给定信号电压u1控制的。
当外界因素引起箱内温度变化后，作为测量元件的热电偶，将与温度相对应的电压信号u2测出，并反馈回去与给定信号u1进行比较，所得的结果即为温度的偏差信号Δu。
经过电压、功率放大器放大后，以控制电动机的旋转速度与方向，并通过传动装置拖动调压器动触头。
当恒温箱内温度偏高时，使调压器减小加热电流，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。
此时偏差信号Δu ＝0，电机停止。
这样，就完成了所要求的控制任务。
而所有这些装置便组成了一个自动控制系统。
反馈控制有两个最主要的特点：一是有反馈存在，二是按偏差进行控制。
实现自动控制的装置可以各不相同，但反馈控制原理却是相同的。
自动控制的优点自动控制技术具有以下优点：⑴极大地提高了劳动生产率；⑵提高了产品的质量；⑶减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；⑷由于近代科学技术的发展，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程因人的生理所限而不能由人工操作，如原子能生产，深水作业以及火箭或导弹的制导等等。
在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用。
三. 自动控制的基本方式控制系统按其结构型式可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统三种。
开环控制系统如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用就没有影响，这样的系统就称为开环控制系统。
机电控制
第一章 机电传动断续控制1、电动机的自动控制方式有（断续控制）、（连续控制）和（数字控制）三种方式。
机电传动系统：电源、控制设备、电动机、传动装置、工作机构。
旋转磁场的转速n 0称为同步转速，其大小取决于（电流频率f1）和（磁场的极对数p ）。
人为机械特性有（降低定子电压）、（转子电路串接对称电阻）、（改变定子电源频率）、（改变极对数）等特性。
异步电动机的起动有（直接起动）、（降压起动）、（绕线型电动机转子串电阻起动），制动有（能耗制动）、（转子反转的反接制动）、（定子两相反接的反接制动）、（发电反馈制动）。
2、执行电器KM （电磁铁、接触器）、检测电器SB 、ST 、K 、KS （按钮开关、行程开关、电流及电压继电器、速度继电器）、控制电器KA 、KT （中间继电器、时间继电器）、保护电器FR 、FU 、QF （热继电器、熔断器、低压断路器）的定义。
a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 、h 、i 、j 、k 分别表示（动合按钮）、（动断按钮）、（复合按钮）、（行程开关的动合触点）、（动断触点）、（时间继电器的得电延时型）、（得电延时型的动作触点）、（时间继电器的失电延时型）、（失电延时型的动作触点）、（热继电器的热元件）、（热继电器的动断触点）。
接触器的辅助动合触点。
3、电器设备图纸有（电气控制原理图）、（电气设备位置图）和（电气设备接线图）。
电器原理图中应将（电源电路）、（主电路）、（控制电路）和（信号电路）分开绘制。
电器原理图中同一电气元件的各个部件按其在电路中所起的作用，它的图形符号可以（不画）在一起，但代表同一元件的文字符号（必须相同）。
4、 每个接触器线圈的文字符号下面有两条竖直线分成左、中、右三栏，栏中写有受其控制而动作的触点所处图区数字。
左栏为（主触点）所处图区号，中栏为（辅助动合触点）所在图区号，右栏为（辅助动断触点）所在图区号。
每个继电器线圈文字符号下面有一条竖直线分成左、右栏，其左栏为（动合触点）所处图区号，左栏为（动断触点）所处图区号，对于（备用触点）用记号“×”标出。
《机电控制技术》课件
02
执行器的种类很多，常见的有电动机、液压缸、气 动马达等。
03
执行器的选择应根据控制系统的要求和被控对象的 特性进行选择。
传感器
01
传感器是控制系统中的重要组成部分，负责检测被控对象的各种 参数，如温度、压力、位移等，并将检测到的信号转换为电信号
PID控制
总结词
PID控制是一种基于比例、积分和微分控制 的算法，通过对误差信号进行比例、积分和 微分运算，实现对被控对象的精确控制。
详细描述
PID控制器由比例、积分和微分三个环节组 成，通过对误差信号进行比例、积分和微分 运算，分别调节系统输出的幅值、速度和加 速度，以实现对被控对象的精确控制。PID 控制器具有结构简单、易于实现、稳定性好 等优点，因此在工业控制领域得到了广泛应
家用电器控制系统
家用电器控制系统是实现智能化家居的重要技术之一，通过微处理器和传感器技术，能够实现家电设 备的自动控制和远程控制。
家用电器控制系统通常采用可编程控制器（PLC）或微控制器（MCU），实现家电设备的自动化控制。
家用电器控制系统还包括人机交互界面，方便用户进行操作和控制，同时具备故障诊断和安全保护功能 ，保障家庭安全。
用。
模糊控制
总结词
模糊控制是一种基于模糊集合论和模糊逻辑的控制系 统，通过将人类的经验和知识转化为模糊规则实现对 被控对象的控制。
详细描述
模糊控制系统主要包括模糊化、模糊推理和去模糊化 三个部分。模糊化是将输入的精确量转化为模糊集合 论中的隶属度函数；模糊推理则是根据模糊逻辑的规 则进行推理，得到输出模糊集合论中的隶属度函数； 去模糊化则是将输出模糊集合论中的隶属度函数转化 为精确量。模糊控制系统能够处理不确定性和非线性 问题，因此在智能家居、机器人等领域得到了广泛应 用。
机电控制技术基础
机电控制技术基础机电控制技术基础是现代工业自动化的重要组成部分，它涉及到机械、电气、电子、计算机等多个学科的知识。
在工业生产中，机电控制技术的应用可以实现对机械设备的自动化控制和监测，提高生产效率和质量，降低生产成本。
本文将从机电控制技术的基本原理、常见的控制器和传感器、实际应用等方面进行介绍和阐述。
机电控制技术的基本原理是基于信号的采集、处理和输出。
在机电控制系统中，传感器负责采集各种物理量，如温度、压力、速度等，并将其转换为电信号。
接着，这些电信号经过处理器进行处理，根据预设的控制策略产生控制信号。
最后，控制信号通过执行器驱动机械设备，实现对其运动、位置、力等参数的控制。
在机电控制系统中，常见的控制器包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分散控制系统）和CNC（数控系统）等。
PLC是一种专用的可编程控制器，广泛应用于工业自动化领域。
它具有较高的可靠性、可编程性和灵活性，可以完成各种控制任务。
DCS是一种分布式控制系统，适用于需要对大型工业过程进行集中控制和监测的场合。
CNC是一种数控系统，主要用于机床的控制，可以实现对机床运动轴的精确控制。
除了控制器，机电控制系统中还需要使用各种传感器来实现对被控制对象的监测和测量。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
温度传感器可以测量物体的温度，并将其转换为电信号输出；压力传感器可以测量物体的压力，并将其转换为电信号输出；光电传感器可以检测物体的存在或位置。
通过与控制器的连接，传感器可以向控制器提供实时的参数信息，以实现对被控制对象的准确控制。
机电控制技术在实际应用中具有广泛的应用领域。
例如，工业生产中的自动化生产线就是典型的机电控制系统。
在自动化生产线上，机械设备可以通过传感器进行实时监测，控制器可以根据监测到的信号进行智能控制，实现对生产过程的自动化控制。
此外，在家用电器领域，机电控制技术也得到了广泛应用。
例如，洗衣机、空调、电视等家电设备都采用了机电控制技术，使得这些设备具备了自动化控制和智能化功能。
机电控制工程基础控制系统的工程设计
汇报人：文小库 2024-01-01
目录
• 机电控制系统概述 • 控制系统的基本原理 • 控制系统的分析与设计 • 现代控制技术及应用 • 工程设计案例分析
01
机电控制系统概述
机电控制系统的定义与特点
总结词
机电控制系统是由各种自动化元件和线路组成的，用于实现机械运动和工艺动作 的控制。其特点包括自动化、高效性、精确性和可靠性。
预测控制技术
总结词
预测控制技术是一种基于模型预测和滚动优化的控制方法。
详细描述
预测控制技术通过建立被控对象的动态模型，预测未来的输 出轨迹，并滚动优化控制策略，以达到最优的控制效果。
05
工程设计案例分析
数控机床控制系统设计
数控机床控制系统设计是机电控制工程中的重要应用之一， 它涉及到机械、电子、控制等多个领域的知识。在设计过程 中，需要考虑机床的加工精度、运动性能、稳定性等方面的 要求，并选择合适的控制算法和硬件设备来实现。
电梯控制系统设计的主要内容包括：逻辑控制电路设计、 安全保护电路设计、显示电路设计等。在设计过程中，需 要综合考虑各种因素，如建筑结构、人员流量、使用频率 等，以确保设计的有效性。
工业机器人控制系统设计
工业机器人控制系统是实现机器人自动化操作的核心部分，它的设计涉及到运动学、动力学、控制理 论等多个领域的知识。在设计过程中，需要考虑机器人的运动轨迹、速度、加速度等方面的要求，并 选择合适的控制算法和硬件设备来实现。
03
控制系统的分析与设计
控制系统的数学模型
控制系统数学模型
描述控制系统动态行为的数学表达式，包括 微分方程、传递函数、状态方程等。
建立数学模型的步骤
机电传动控制概述
多电机拖动——一台生产机械的各个运动部件分别由不同的电 动机来拖动。
实例：汽车上的电（动）机
• 汽车上的电（动）机广泛分布于汽车的发动机、底盘、 车身三大部位及附件中
• 汽车附件上的电（动）机，应用于吸尘器、充气机、 气泵、抛光机、电动座椅按摩器等装置
二．机电传动控制系统的发展 控制系统的发展伴随控制器件的发展而发展。随着功率器件、
放大器件的不断更新，机电传动控制系统的发展日新月异，它主要 经历了四个阶段：
1．继电器—接触器控制：出现在20世纪初，它仅借助于简单 的接触器.器与继电器，实现对控制对象的启动、停车以及有级调 速等控制，它的控制速度慢，控制精度差；
机械制造自动化高级阶段是走向设计、制造一体化，即利用计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）形成产品设计和制造
过程的完整系统，对产品构思和设计直到装配、试验和质量管理这一全过程实现自动化。
汽车车身部件上的电（动）机，使用在中央门锁装置、电动后视镜、自动升降天线、电动天窗、自动前灯、电动汽车座椅调整器、电
二、机电传动控制的任务 ➢ 将电能转换为机械能； ➢ 实现生产机械的启动、停止以及速度的调节； ➢ 完成各种生产工艺过程的要求； ➢ 保证生产过程的正常进行。
三、机电传动控制的目的
从广义上讲，机电传动控制的目的就是要使生产设备、生产 线、车间乃至整个工厂都实现自动化。
从狭义上讲，则指控制电动机驱动生产机械，实现生产产品数 量的增加（效率）、质量的提高（精度）、生产成本的降低、工人 劳动条件的改善以及能量的合理利用等。
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2.陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第三版).北京: 机械工业出版社.2003年8月.
3.邓星钟主编,机电传动控制(第三版)武汉:华中科技 大学出版社,2001年9月.
3.程宪平主编.机电传动与控制(第二版).武汉:华中科 技大学出版社.2003年9月.
4.魏炳贵主编.电力拖动基础.北京:机械工业出版 社.2000年8月.
3) 课程学习任务 掌握继电器-接触器控制系统的工作原理和元件选择, 掌握PLC的编程方法与应用, 掌握闭环控制系统的工作原理与性能及其应用场所. 了解电力拖动的一般知识, 了解最新电气控制技术在生产机械上的应用.Fra bibliotek阅读书目:
1.齐占庆主编.机床电气控制技术(第三版).北京:机械 工业出版社.2004年6月.
1.机床电力拖动系统发展的概况
1) 成组拖动 一台电动机---一根天轴---一组生产机械设备 机构复杂,损耗大,效率低,工作可靠性差. 2) 单台电动机拖动 一台电动机---一台设备 当生产机械设备运动部件较多时,机构仍复杂,满足不
了生产工艺要求. 3) 多台电动机拖动 一台专门的电动机---同一台设备的每一个运动部件 机构简单,控制灵活,便于生产机械的自动化. 举例:龙门刨床的刨台,左垂直刀架,右垂直刀架,侧刀架,
机床电气控制系统的发展概况
3) 可编程序控制器(PLC) 是继电器常规控制技术与微机技术的结合,是一台按
开关量输入的工业控制专用计算机; 具有逻辑运算功能,定时/计数功能,数字运算功能,通
信功能. 4) 计算机数字控制系统 1952年美国出现第一台数控铣床,1958年出现加工中
心,20世纪70年代CNC应用于数控机床和加工中心,80年 代出现了柔性制造系统(FNS); 提高了生产机械的通用性和效率,实现机械加工全盘 自动化.
3.“机床电气控制技术”课程的性质和任务
1) 课程性质 该课程是机械类专业的一门必修的专业基础课,是机
电一体化人才所需电知识的驱体.它将电机,电器,继电 器-接触器控制,PLC,电力电子技术,自动调速系统有机 地结合在一起. 2) 课程内容 全书８章,分为5个单元: (1)电动机的工作原理及特性; (２)机床继电器-接触器电气控制线路及其设计; (3)可编程序控制器; (4)电力电子技术的基本知识; (5)自动调速系统.
机电控制技术
采用主要教材《机床电气控制技术》
张万奎 主编 孙晓 等副主编 北京大学出版社 2006年6月
机械工程学院 孙晓制作
制造业的痛点
第1章 概述
机电控制技术的应用领域 机床电力拖动系统的发展概况; 机床电气控制系统的发展概况; “机床电气控制技术”课程的性质和任务.
2 机床电气控制系统的发展概况
1) 继电器-接触器控制系统 能对控制对象实现起动,制动,有级调速控制; 结构简单,动作可靠;控制速度慢,控制精度差. 2) 连续控制方式和自动控制系统 20世纪30年代的电机放大机控制,40-50年代的磁放大
器控制和水银整流器控制,1958年以后的晶闸管-直流电 动机无级调速系统,80年代以来的新型电力电子元件-交 流电动机无级调速系统; 控制简单,可靠性高,连续控制,拖动性能好.
横梁,夹紧机构,都是分别由一台电动机拖动的.
机电控制技术的应用
机电控制技术是一门集机械、电气、控 制技术为一体的综合课程
机电控制技术的应用大大提高了生产效 率，降低了人工劳动强度
机电控制技术的难点就是：设计要遵守 国标，结构要符合逻辑，功能要考虑完 善，安全要考虑全面。
机床电气是比较有代表性的。